CN108001151B - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于车辆的热泵系统，其可以包括：冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵，以冷却电气部件；电池模块，其设置在通过第一阀而能够选择性地连接至冷却管线的电池冷却管线上；制热、通风和空调模块(HVAC)，其包括通过第一连接管线连接至冷却管线的内部加热器、通过第二连接管线连接至电池冷却管线的冷却器、以及打开或关闭门，所述打开或关闭门设置在内部加热器与冷却器之间，并且根据车辆的制冷、制热以及制热和除湿模式将经由冷却器的外部空气控制为选择性地引入到内部加热器中；集中能量模块(CE)，其连接至电池冷却管线和冷却管线中的每一个。

Description

用于车辆的热泵系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月1日提交的韩国专利申请第10-2016-0144494号的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的热泵系统。更具体地，本发明涉及这样一种用于车辆的热泵系统，其能够使用高温冷却剂和低温冷却剂来选择性地制冷和制热车辆的内部。

背景技术

通常，用于车辆的空调包括循环制冷剂从而制热或制冷车辆内部的空调装置。

空调装置用于将车辆的内部保持在适当的温度下，而不管外部温度如何变化，从而保持舒适的内部环境，所述空调装置配置为在通过压缩机的驱动而排出的制冷剂经由冷凝器、接收器干燥器、膨胀阀和蒸发器而循环至压缩机的过程中，通过蒸发器的热交换来制热或制冷车辆的内部。

也就是说，空调装置在夏季制冷模式中通过如下方式来降低内部的温度和湿度：通过冷凝器将从压缩机压缩的高温高压气相制冷剂冷凝，使该制冷剂通过接收器干燥器和膨胀阀，然后在蒸发器中将制冷剂蒸发。

此外，近年来，随着对能源效率和环境污染问题的兴趣不断增加，需要开发出能够大体上代替内燃机车辆的环保车辆，而且环保车辆通常分为使用燃料电池或电力作为动力源来进行驱动的电动车辆以及使用发动机和电池进行驱动的混合动力车辆。

在这些环保车辆中的电动车辆或混合动力车辆中，与一般车辆的空调不同，其不使用单独的加热器，而用于环保车辆中的空调通常被称为热泵系统。

此外，电动车辆通过将氧气和氢气之间的化学反应能量转换成电能来产生驱动力。在该过程中，通过燃料电池中的化学反应来产生热能。因此，在确保燃料电池的性能方面需要有效地去除产生的热量。

此外，混合动力车辆通过利用由上述燃料电池供应的电力或利用电力电池与由一般燃料操作的发动机一起来驱动电机，从而产生驱动力。因此，应该有效地去除从燃料电池或电池以及电机产生的热量，以确保电机的性能。

因此，在根据现有技术的混合动力车辆或电动车辆中，应该利用分开的闭合回路来分别配置冷却装置、热泵系统和电池冷却系统，以防止电机、电气部件和包括燃料电池的电池的发热。

因此，设置在车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增加，并且在发动机机舱中向热泵系统、冷却装置和电池冷却系统中的每一个供应制冷剂或冷却剂的连接管路的布局变得复杂。

另外，由于根据车辆的状态对电池进行制热或制冷的电池冷却系统分开设置，以使电池呈现出最佳性能，所以利用了用于将各个连接管路彼此连接的多个阀，并且由于这些阀的频繁导通或关断操作所引起的噪声和震动被传递到车辆的内部，这使得乘坐舒适度降低。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其具有以下优点：将在冷凝和蒸发制冷剂时由制冷剂产生的热能与冷却剂的热量进行选择性地交换，并且利用进行了热交换的低温冷却剂或高温冷却剂来控制车辆的内部温度。

此外，本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其具有如下优点：利用电气部件和电池模块的废热来提高车辆的制热效率，并且通过有效地控制电池模块的温度使得电池模块呈现出最佳性能，从而增加车辆的整体行驶距离。

本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其包括：冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵，并且该冷却装置沿着冷却管线循环冷却剂，以冷却电气部件；电池模块，其设置在电池冷却管线上，所述电池冷却管线经由第一阀能够选择性地连接至冷却管线；制热、通风和空调(HVAC)模块，其包括内部加热器、冷却器以及打开或关闭门，所述内部加热器经由第一连接管线连接至冷却管线，所述冷却器经由第二连接管线连接至电池冷却管线，所述打开或关闭门安装在内部加热器与冷却器之间，并且根据车辆的制冷、制热以及制热和除湿模式将经由冷却器的外部空气控制为选择性地引入到内部加热器中；集中能量(CE)模块，其连接至电池冷却管线和冷却管线中的每一个，该集中能量模块将在冷凝和蒸发其中循环的制冷剂时产生的热能与冷却剂的热量进行交换，以及将交换热量的低温或高温冷却剂供应至制热、通风和空调模块；其中，CE模块还设置有辅助冷凝器，其进一步冷凝制冷剂，使得制冷剂的冷凝量配置为增加。

所述CE模块可以包括：冷凝器，其设置在经由第二阀和第三阀而彼此连接的冷却管线上，所述第二阀设置在散热器与电池模块之间的冷却管线上，所述第三阀设置在电气部件与第一阀之间的冷却管线上；辅助冷凝器和膨胀阀，所述辅助冷凝器经由制冷剂管线连接至冷凝器，所述膨胀阀经由制冷剂管线连接至辅助冷凝器；蒸发器，其经由制冷剂管线连接至膨胀阀，并且设置在电池模块与第一阀之间的电池冷却管线上；以及压缩机，其设置在蒸发器与冷凝器之间的制冷剂管线上。

所述第一阀可以在散热器和蒸发器之间，将连接至电气部件的冷却管线与电池冷却管线连接，并且第一连接管线可以经由第二阀和第三阀将冷却管线与内部加热器彼此选择性地连接。

经由第一阀将蒸发器和电池模块彼此连接的第一分支管线可以设置在电池冷却管线上，第二连接管线经由第四阀而可以连接至电池冷却管线，所述第四阀在经由第一分支管线而彼此连接的蒸发器与电池模块之间，经由第五阀连接至散热器与第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线可以设置在连接于电气部件与散热器之间的冷却管线上。

连接至第二分支管线的储液罐可以设置在散热器与第一水泵之间。

第二阀和第三阀可以是四通阀。

第一阀、第四阀和第五阀可以是三通阀。

在车辆的制冷模式中对电气部件进行冷却的情况下，第一分支管线可以经由第一阀的操作而导通，并且第二连接管线可以在连接至电池模块的电池冷却管线经由第四阀的操作而关断的状态下导通，经由第二阀和第三阀的操作，第一连接管线可以关断并且将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线可以导通，冷却管线和电池冷却管线可以经由第一至第三阀的操作而关断，冷却管线和电池冷却管线之间的连接可以经由第一阀至第三阀的操作而关断，将电气部件和散热器彼此连接的冷却管线可以在第二分支管线经由第五阀的操作而关断的状态下导通，以及制冷剂可以在CE模块中循环。

辅助冷凝器可以配置为风冷式，并且经由与外部空气的热交换，进一步冷凝经由与冷凝器中的冷却剂进行热交换而冷凝的制冷剂，使得制冷剂的冷凝量增加。在车辆的制冷模式中，蒸发器可以在沿着电池冷却管线循环的冷却剂与在其中蒸发的低温制冷剂之间交换热量，并且将低温冷却剂供应至冷却器。

在车辆的制冷模式中将电池模块与电气部件一起冷却的情况下，可以经由第四阀的操作来导通连接至电池模块的电池冷却管线。

在车辆的制热模式中回收电池模块和电气部件的废热的情况下，第一分支管线可以经由第一阀的操作来关断，而第二连接管线在连接至电池模块的电池冷却管线经由第四阀的操作导通的状态下可以关断，将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线可以经由第二阀和第三阀的操作来导通，冷却管线可以经由第一阀至第三阀的操作而连接至电池冷却管线，在经由第五阀的操作而导通第二分支管线的状态下，将电气部件和散热器彼此连接的冷却管线可以关断，以及制冷剂可以在CE模块中循环。

在电气部件和电池模块中产生的废热可以使沿着冷却管线和电池冷却管线循环的冷却剂的温度升高，并且温度升高的冷却剂可以使从蒸发器排出的制冷剂的温度升高。

在车辆的制热模式中仅从电池模块回收废热的情况下，第一分支管线可以经由第一阀的操作而导通，以及冷却管线与电池冷却管线之间的连接可以经由第一阀至第三阀的操作而关断。

在车辆的制热和除湿模式中，第一分支管线可以经由第一阀的操作而导通，而第二连接管线可以在连接至电池模块的电池冷却管线经由第四阀的操作而关断的状态下导通，将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线可以经由第二阀和第三阀的操作而导通，冷却管线与电池冷却管线之间的连接可以在第一水泵的操作停止的状态下，经由第一阀至第三阀的操作而关断，以及制冷剂可以在CE模块中循环。

冷凝器和蒸发器可以由水冷式热交换器形成，冷却剂经由冷却管线和电池冷却管线被引入到冷凝器和蒸发器中。

冷凝器还可以包括接收器干燥器，并且制冷剂加热器可以设置在压缩机和蒸发器之间的制冷剂管线上。

蓄能器和制冷剂加热器中的每一个可以设置在压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线上。

加热器可以设置在电池模块与蒸发器之间的电池冷却管线上，并且加热器可以选择性地导通，以加热沿着电池冷却管线循环的冷却剂并且将加热的冷却剂引入电池模块。

在提高电池模块的温度的情况下，CE模块中的制冷剂的循环可以停止，并且经由第一阀的操作，第一分支管线可以连接至电池冷却管线，以及电池冷却管线与冷却管线可以关断。

第二水泵可以设置在电池冷却管线上，而第三水泵可以设置在第一连接管线上。

在CE模块中循环的制冷剂可以是R152-a或R744制冷剂。

电气部件可以包括电机、电力控制单元(EPCU)和车载充电器(OBC)，电机和电力控制单元可以在被驱动时产生热量，而车载充电器可以在对电池模块充电的情况下产生热量。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统，在制冷剂的冷凝和蒸发时从制冷剂产生的热能与冷却剂的热量交换，并且利用进行热交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，从而能够简化用于车辆的热泵系统，并简化制冷剂循环经由的连接管路的布局。

另外，该种用于车辆的热泵系统可以利用电气部件和电池模块的废热来提高车辆的制热效率，并且可以通过有效地控制电池模块的温度以使电池模块呈现出最佳的性能，从而增加车辆的整体行驶距离。

另外，封装了通过制冷剂的冷凝和蒸发产生热能的集中能量(CE)模块，并且使用高性能的R152-a或R744制冷剂，其中与现有技术的空调装置相比，可以减小尺寸和重量，并且可以防止噪声、震动和操作不稳定性的产生。

另外，集中能量(CE)模块还包括与外部空气进行热交换的辅助冷凝器，以增加制冷剂的冷凝量，从而提高冷却性能和效率。

此外，用于车辆的整个热泵系统被简化，使得可以降低用于制造车辆的热泵系统所需的成本以及车辆的热泵系统的重量，并且提高了空间利用率。

本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统的框图。

图2是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中所使用的CE模块的另一个示例的示意图。

图3是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，根据车辆的制冷模式的操作状态的示意图。

图4是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在车辆的制热模式中，从电气部件和电池模块回收废热时的操作状态的示意图。

图5是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，根据车辆的制热和除湿模式的操作状态的示意图。

图6是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在电池模块的温度升高时的操作状态的示意图。

应当理解的是，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记表示本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例示于附图中并且描述如下。尽管将结合示例性实施方案来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它的实施方案。

另外，在整个本说明书中，除非明确地描述为相反，否则词语“包括”和诸如“包括”或“包含”的变体将被理解为暗示包括所述元件，但并不排除任何其他元件。

此外，在本说明书中描述的术语“～单元”，“～装置”，“～部分”，“～构件”等意味着用于执行至少一个功能或操作的综合配置的单元。

图1是根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统的框图。

根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1在冷凝和蒸发制冷剂时将在制冷剂中产生的热能与冷却剂的热量进行交换，以仅利用低温或高温冷却剂来执行车辆的制冷或制热模式。

该种用于车辆的热泵系统1被应用于电动车辆中。参见图1，用于车辆的热泵系统1包括：冷却装置10、电池模块B、制热、通风和空调(heating，ventilation，and airconditioning，HVAC)模块30以及集中能量(centralized energy，CE)模块40。

首先，冷却装置10包括：连接至冷却管线11和第一水泵14的散热器12，并且冷却装置10沿着冷却管线11来循环冷却剂，以冷却电气部件15。

这里，电气部件15可以包括电机16以及设置在电机16两侧的电力控制单元(electric power control unit，EPCU)17和车载充电器(on-board charger，OBC)18。

电机16和电力控制单元17在被驱动时会产生热量，而车载充电器18在对电池模块B进行充电的情况下会产生热量。

因此，在车辆的制热模式中从电气部件15回收废热的情况下，回收从电机16和电力控制单元17产生的热量，并且在对电池模块B进行充电时可以回收从车载充电器18所产生的热量。

散热器12设置在车辆的前部，并且具有设置在其后方的冷却风扇13，以通过冷却风扇13的操作并与外部空气进行热交换来冷却冷却剂。

如上所述配置的冷却装置10通过第一水泵14的操作，沿着冷却管线11来循环在散热器12中冷却的冷却剂，以将电气部件15冷却而不会使其过热。

电池模块B设置电池冷却管线21上，电池冷却管线21通过第一阀V1能够选择性地连接至冷却管线11。

电池模块B向电气部件供电，并且该电池模块B是由沿着电池冷却管线21流动的冷却剂来进行冷却的水冷式电池模块。这里，第二水泵23设置在电池冷却管线21上。

第二水泵23设置在散热器12与电池模块B之间的电池冷却管线21上。第二水泵23操作为经由电池冷却管线21使冷却剂循环。

也就是说，电池模块B通过电池冷却管线21连接至冷却装置10，并且冷却剂可以通过第二水泵23的操作而在电池模块B中循环。

在本示例性实施方案中，HVAC模块30包括：内部加热器31、冷却器33以及打开或关闭门35。

内部加热器31通过第一连接管线50连接至冷却管线11。冷却器33通过第二连接管线60连接至电池冷却管线21。

另外，打开或关闭门35设置在内部加热器31与冷却器33之间。打开或关闭门35控制通过冷却器33的外部空气，以根据车辆的制冷、制热以及制热和除湿模式而选择性地引入到内部加热器31中。

也就是说，在车辆的制热模式中，打开或关闭门35被打开，使得通过冷却器33的外部空气被引入到内部加热器31中。相反，在车辆的制冷模式中，打开或关闭门35关断内部加热器31，使得在通过冷却器33时冷却的外部空气被直接引入车辆的内部中。

CE模块40连接至冷却管线11和电池冷却管线21中的每一个。CE模块40将在冷凝和蒸发在其中循环的制冷剂时所产生热能与冷却剂的热量进行交换，并且向HVAC模块30供应交换了热量的低温或高温冷却剂。

这里，制冷剂是高性能R152-a或R744制冷剂。

也就是说，高温冷却剂通过第一连接管线50供应至内部加热器31，而低温冷却剂通过第二连接管线60供应至冷却器33。

这里，CE模块40包括通过制冷剂管线41而彼此连接的冷凝器42、辅助冷凝器44、膨胀阀45、蒸发器46和压缩机48。

首先，冷凝器42设置在通过第二阀V2和第三阀V3而彼此连接的冷却管线11上，所述第二阀V2设置在散热器12与电池模块B之间的冷却管线11上，所述第三阀V3设置在电气部件15与第一阀V1之间的冷却管线11上。

冷凝器42在引入到其中的制冷剂与冷却剂之间交换热量，以冷凝制冷剂，并且将在冷凝制冷剂时产生的热能提供至冷却剂，以提高冷却剂的温度。

辅助冷凝器44进一步冷凝制冷剂，其中制冷剂的冷凝量增加。辅助冷凝器44通过制冷剂管线41连接至冷凝器42。

这里，辅助冷凝器44配置为空气冷却型，用于通过与外部空气进行热交换来冷凝制冷剂。辅助冷凝器44通过与外部空气的热交换，进一步冷凝通过与冷凝器42中的冷却剂进行热交换而冷凝的制冷剂，使得制冷剂的冷凝量增加。

CE模块40可以应用辅助冷凝器44，以降低其中形成辅助冷却的制冷剂的温度，通过在操作车辆的制冷模式期间，增加制冷剂的冷凝量来提高冷却性能和效率。

膨胀阀45通过制冷剂管线41连接至辅助冷凝器44。膨胀阀45接收并膨胀通过辅助冷凝器44的制冷剂。

膨胀阀45可以是机械膨胀阀或电子膨胀阀。

蒸发器46通过制冷剂管线41连接至膨胀阀45。蒸发器46设置在电池模块B与第一阀V1之间的电池冷却管线21上。

蒸发器46在引入其中的制冷剂与冷却剂之间交换热量，以蒸发制冷剂，并且将在蒸发制冷剂时产生的低温热能供应至冷却剂，以降低冷却剂的温度。

这里，冷凝器42和蒸发器46可以形成为水冷型热交换器，其中，冷却剂通过冷却管线11和电池冷却管线21被引入冷凝器42和蒸发器46中。

另外，压缩机48设置在蒸发器46与冷凝器42之间的制冷剂管线41上。压缩机48压缩从蒸发器46排出的气态制冷剂。

这里，冷凝器42还可以包括接收器干燥器43。在本示例性实施方案中，接收器干燥器43与冷凝器42进行整体地配置。另外，制冷剂加热器49可以设置在压缩机48与蒸发器46之间的制冷剂管线41上。

制冷剂加热器49加热制冷剂并且将加热的制冷剂供应至压缩机48，以通过制冷剂的温度升高来进一步升高冷却剂的温度，从而可以促进制热性能的改善。

这里，第一阀V1在散热器12和蒸发器46之间将连接至电气部件15的冷却管线11与电池冷却管线21彼此连接。

另外，第一连接管线50通过第二阀V2和第三阀V3而将冷却管线11与内部加热器31彼此选择性地连接。

这里，第三水泵52可以设置在第一连接管线50上。第三水泵52通过第一连接管线50使冷却剂循环。

此外，第一水泵14、第二水泵23和第三水泵52可以是电动水泵。

也就是说，在通过冷凝器42时温度升高的高温冷却剂通过第二阀V2和第三阀V3导通的第一连接管线50而被引入到内部加热器31中。

此外，在本示例性实施方案中，通过第一阀V1来连接蒸发器46和电池模块B的第一分支管线70设置在电池冷却管线21上。

第一阀V1将冷却管线11和电池冷却管线21彼此选择性地连接，或者将电池冷却管线21和第一分支管线70彼此选择性地连接，以控制冷却剂的流动。

也就是说，在利用在散热器12中冷却的冷却剂来冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以将连接至散热器12的冷却管线11与电池冷却管线21彼此连接，并关断第一分支管线70。

另外，在升高电池模块B的温度的情况下或者在利用与制冷剂交换热量的冷却剂来冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以导通第一分支管线70并且关断冷却管线11与电池冷却管线21之间的连接。

因此，在蒸发器46中完成与制冷剂进行热交换的低温冷却剂通过由第一阀V1导通的第一分支管线70而引入到电池模块B中，使得可以有效地冷却电池模块B。

在本示例性实施方案中，第二连接管线60通过第四阀V4连接至电池冷却管线21，该第四阀V4在通过第一分支管线70而彼此连接的蒸发器46与电池模块B之间。

第四阀V4选择性地导通或关断连接至电池模块B的电池冷却管线21，并且将第二连接管线60和电池冷却管线21彼此选择性地连接，以将低温冷却剂供应至冷却器33。

另外，通过第五阀V5而连接至散热器12与第一水泵14之间的冷却管线11的第二分支管线80可以设置在连接在电气部件15与散热器12之间的冷却管线11上。

在吸收电气部件15和电池模块B中产生的废热的情况下，通过第五阀V5的操作而选择性地导通第二分支管线80，以提高冷却剂的温度。在这种情况下，通过第五阀V5的操作使连接至散热器12的冷却管线11关断。

此外，连接至第二分支管线80的储液罐19可以设置在散热器12与第一水泵14之间。从散热器12引入并冷却的冷却剂可以储存在储液罐19中。

这里，第二阀和第三阀可以是四通阀，第一阀、第四阀和第五阀可以是能够分配流量的三通阀。

此外，在本示例性实施方案中，如图2所示，CE模块40还可以进一步包括蓄能器47，而不是接收器驱动器43。

图2是示出了根据本发明的示例性实施方案的在用于车辆的热泵系统中所使用的CE模块的另一个示例的示意图。

参见图2，蓄能器47设置在蒸发器46与压缩机48之间的制冷剂管线41上。蓄能器47仅将气态制冷剂供应至压缩机48，以提高压缩机48的效率和耐久度。

也就是说，在CE模块40中，在设置有接收器干燥器43的情况下，可以去除蓄能器47，而在未设置有接收器干燥器43的情况下，可以设置蓄能器47来代替接收器干燥器43。

此外，尽管在本示例性实施方案中借助于示例描述了制冷剂加热器49设置在制冷剂管线41上的情况，但是本发明不限制于此。必要时可以选择性地去除制冷剂加热器49。

在下文中，将参照图3至图6来详细地描述根据如上所述构造的本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1的每种模式的操作和动作。

首先，将参照图3来描述在车辆的制冷模式中冷却电气部件15的情况下的操作。

图3是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，根据车辆的制冷模式的操作状态的图。

参见图3，冷却装置10操作为冷却电气部件15。另外，CE模块40的各个部件操作为冷却车辆的内部，其中制冷剂沿着制冷剂管线41循环。

这里，第一分支管线70通过第一阀V1的操作而导通。

在连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而关断的状态下，第二连接管线60导通。

另外，通过第二阀V2和第三阀V3的操作，第一连接管线50关断，而连接电气部件15与冷凝器42的冷却管线11导通。

这里，通过第一阀V1，第二阀V2和第三阀V3的操作来关断冷却管线11与电池冷却管线21之间的连接。

另外，通过第五阀V5的操作来关断第二分支管线80。同时，第五阀V5导通将电气部件15和散热器12彼此连接的冷却管线11。

因此，在散热器12中冷却的冷却剂在通过第一水泵14的操作，而沿着通过第二阀V2、第三阀V3和第五阀V5彼此连接的冷却管线11循环时，冷却电气部件15。

另外，通过第二水泵23的操作，电池冷却管线21的冷却剂沿着电池冷却管线21、第一分支管线70和第二连接管线60循环。

这里，蒸发器46在沿着电池冷却管线21循环的冷却剂与在蒸发器中蒸发的低温制冷剂之间交换热量，并将低温冷却剂供应至冷却器33。

也就是说，沿着CE模块40中的制冷剂管线41循环的制冷剂通过与穿过冷凝器42的冷却剂进行热交换而冷凝，并且通过与外部空气的热交换而在辅助冷凝器44中进一步冷凝，使得制冷剂的冷凝量增加。

此后，冷凝量增加的制冷剂在膨胀阀45中膨胀，并在蒸发器46中蒸发。

在这种情况下，在蒸发器46中蒸发的制冷剂冷却通过电池冷却管线21而引入的冷却剂。在依次穿过冷凝器42和辅助冷凝器44时冷凝量增加的制冷剂进行膨胀，并供应至蒸发器46，在蒸发器46中蒸发制冷剂至较低的温度。

在本示例性实施方案中，辅助冷凝器44进一步冷凝制冷剂，利用了辅助冷却形成的优点。另外，在车辆的制冷模式中，可以提高冷却性能和效率。

冷却剂在穿过蒸发器46时被冷却至较低温度，并通过第二连接管线60供应至冷却器33中。

在这种情况下，引入HVAC模块30中的外部空气与引入冷却器33中并处于低温状态的冷却剂交换热量时被冷却。

打开或关闭门35关断冷却的外部空气通过其进入内部加热器31的部分，使得冷却的外部空气不穿过内部加热器31。因此，将冷却的外部空气直接引入车辆的内部，使得能够有效地将车辆的内部制冷。

此外，在车辆的制冷模式中将电池模块B与电气部件15一起冷却的情况下，连接至电池模块B的电池冷却管线21可以通过第四阀V4的操作而导通。

在这种情况下，在穿过蒸发器46时，被冷却的冷却剂沿着连接至电池模块B的电池冷却管线21以及第二连接管线60循环。因此，电池模块B可以通过供应至电池冷却管线21的低温冷却剂而被有效地冷却。

将参照图4来描述在车辆的制热模式中从电气部件和电池模块回收废热的操作。

图4是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在车辆的制热模式中从电气部件和电池模块回收废热时的操作状态的示意图。

参见图4，在车辆的制热模式中回收电气部件15和电池模块B的废热的情况下，CE模块40的各个部件操作为制热车辆的内部，其中制冷剂通过制冷剂管线41来循环。

在该种状态下，通过第一阀V1的操作使第一分支管线70关断。

连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而导通。第二连接管线60通过第四阀V4的操作而关断。

通过第二阀V2和第三阀V3的操作来导通连接电气部件15和冷凝器42的冷却管线11以及第一连接管线50。

另外，冷却管线11通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作而连接至电池冷却管线21。第五阀V5在导通第二分支管线80的状态下关断将电气部件15和散热器12彼此连接的冷却管线11。

因此，冷却管线11和电池冷却管线21通过第一阀V1至第五阀V5的选择性操作而彼此连接，并且可以形成冷却剂沿其循环的一个闭合回路。

这里，在电气部件15中产生的废热和在电池模块B中产生的废热使沿着冷却管线11和电池冷却管线21循环的冷却剂的温度升高。

温度升高的冷却剂在通过第一水泵14和第二水泵23的操作而穿过蒸发器46时进一步升高了从蒸发器46排出的制冷剂的温度。

温度升高的制冷剂被引入到压缩机48中，在压缩机48中以更高的温度和压力被压缩，然后被引入到冷凝器42中。

这里，通过第三水泵52的操作，冷却剂沿着穿过冷凝器42的冷却管线11以及通过第二阀V2和第三阀V3连接至冷却管线11的第一连接管线50循环。

穿过冷凝器42的冷却剂的温度在冷却剂与在压缩机48中以更高的温度和压力压缩的制冷剂进行交换热量时而可以进一步升高，并随后供应至冷凝器42。

因此，在通过冷凝器42时温度升高的冷却剂被供应至内部加热器31。

这里，打开或关闭门35导通，使得被引入HVAC模块30并穿过被停止供应冷却剂的冷却器33的外部空气穿过内部加热器31。

因此，从外部引入的外部空气在室温状态下引入，在室温状态下，外部空气在穿过冷却器33时未被冷却到冷却器33中。引入的外部空气在穿过内部加热器31时改变成高温状态，然后被引入到车辆的内部，其可以实现车辆内部的制热。

此外，在必要时可以选择性地接通加热器25，以加热沿着电池冷却管线21循环的冷却剂。因此，穿过蒸发器46的制冷剂的温度可以快速地升高。

也就是说，根据本示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1利用在电气部件15和电池模块B中产生的废热源来提高车辆的制热模式中的制冷剂的温度，从而能够降低压缩机48的功耗并且提高制热效率。

此外，在车辆的制热模式中仅从电池模块B回收废热的情况下，通过第一阀V1的操作来导通第一分支管线70。同时，通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作，冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接关断。

在这种情况下，冷却剂在通过第二水泵23的操作而沿着电池冷却管线21和第一分支管线70循环时，回收在电池模块B中产生的废热，其中，冷却剂的温度升高。温度升高的冷却剂可以在穿过蒸发器46时通过与制冷剂进行热交换而使制冷剂的温度上升。

也就是说，尽管在本示例性实施方案中借助于示例描述了在车辆的制热模式中，电气部件15的废热和电池模块B的废热都被回收或电池模块B的废热被回收的情况，但是本发明并不限于此。也就是说，除了电池模块B的废热之外，在电气部件15中产生的废热也可以被回收。

在本示例性实施方案中，将参照图5来描述在车辆的制热和除湿模式中的操作。

图5是示出了在根据本发明的示例性实施方案的车辆的热泵系统中，根据车辆的制热和除湿模式的操作状态的示意图。

参见图5，在车辆的制热和除湿模式中，CE模块40的各个部件操作为制热车辆的内部，其中制冷剂沿着制冷剂管线41循环。

第一分支管线70通过第一阀V1的操作而导通。连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而关断。同时，第二连接管线60通过第四阀V4而导通，其中第一分支管线70和第二连接管线60彼此连接。

通过第二阀V2和第三阀V3的操作，连接电气部件15和冷凝器42冷却管线21以及第一连接管线50导通，并且彼此连接。

另外，在第一水泵14的操作停止的状态下，通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作，冷却管线11与电池冷却管线21之间的连接关断。

因此，通过第三水泵52的操作，冷却剂沿着穿过冷凝器42的冷却管线11以及通过第二阀V2和第三阀V3而连接至冷却管线11的第一连接管线50循环。

这里，随着冷却剂与从压缩机48排出的制冷剂进行热交换，在压缩机48中压缩成高温和高压状态并被供应至冷凝器42，穿过冷凝器42的冷却剂的温度升高。然后，将温度升高的冷却剂供应至内部加热器31。

此外，通过第二水泵23的操作，电池冷却管线21的冷却剂沿着电池冷却管线21、第一分支管线70和第二连接管线60循环。

这里，蒸发器46在沿着电池冷却管线21循环的冷却剂和在其中蒸发的低温制冷剂之间交换热量，并将低温冷却剂供应至冷却器33。

在这种情况下，在蒸发器46中蒸发的制冷剂冷却由电池冷却管线21引入的冷却剂。另外，在穿过蒸发器46时被冷却的冷却剂通过第二连接管线60供应至冷却器33。

因此，引入HVAC模块30的外部空气在穿过引入了低温冷却剂的冷却器33时被除湿。然后，外部空气在穿过供应了高温冷却剂的内部加热器31时改变为高温状态，然后被引入到车辆的内部，从而对车辆的内部进行制热和除湿。

另外，将参照图6来描述在电池模块B的温度升高时的操作。

图6是示出了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在电池模块的温度升高时的操作状态的示意图。

参见图6，在电池模块B的温度升高的情况下，CE模块40的操作停止，其中制冷剂的循环停止。

第一分支管线70通过第一阀V1的操作而连接至电池冷却管线21。另外，电池冷却管线21和冷却管线11之间的连接通过第一阀V1的操作而关断。

因此，电池冷却管线21和第一分支管线70形成一个闭合回路。在这种情况下，冷却剂在通过第二水泵23的操作而沿着电池冷却管线21和第一分支管线70循环时穿过电池模块B。

此时，加热器25接通，以加热沿着电池冷却管线21循环的冷却剂，然后将加热的冷却剂引入到电池模块B中，使得可以快速地升高电池模块B的温度。

因此，当应用如上所配置的根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1时，在冷凝和蒸发制冷剂时从制冷剂产生的热能与冷却剂的热量交换，并且利用热交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，从而可以简化用于车辆的热泵系统，并简化制冷剂循环通过的连接管路的布局。

另外，该种用于车辆的热泵系统1可以利用电气部件15和电池模块B的废热来提高车辆的制热效率，并且可以通过有效地控制电池模块B的温度而使得电池模块B呈现出最佳的性能，从而增加车辆的整体行驶距离。

另外，封装了通过制冷剂的冷凝和蒸发而产生热能的CE模块40，并且使用高性能的R152-a或R744制冷剂，其可以减小尺寸和重量，并且与现有技术中的空调装置相比，可以防止噪声、震动和操作不稳定性的产生。

另外，CE模块40还包括与外部空气进行热交换的辅助冷凝器44，以增加制冷剂的冷凝量，从而提高冷却性能和效率。

此外，该种用于车辆的整体热泵系统被简化，使得能够降低制造用于车辆的热泵系统所需的成本，以及减少用于车辆的热泵系统的重量并且提高空间利用率。

为了便于解释和准确限定所附权利要求，术语“上面”、“下面”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前面”、“后面”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内”、“外”、“向前”和“向后”被用于参照如附图所示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

为了说明和描述的目的已经呈现了本发明的具体示例性实施方案的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然地，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述示例性实施方案以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施方案，以及其各种替代和修改。意图是本发明的范围由所附权利要求及其等同体来限定。

Claims (18)

1.一种用于车辆的热泵系统，其包括：

冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵，并且该冷却装置沿着冷却管线循环冷却剂，以冷却电气部件；

电池模块，其设置在电池冷却管线上，所述电池冷却管线经由第一阀能够选择性地连接至冷却管线；

制热、通风和空调模块，其包括内部加热器、冷却器以及打开或关闭门，所述内部加热器经由第一连接管线连接至冷却管线，所述冷却器经由第二连接管线连接至电池冷却管线，所述打开或关闭门安装在内部加热器与冷却器之间，并且根据车辆的制冷、制热以及制热和除湿模式将经过冷却器的外部空气控制为选择性地引入到内部加热器；

集中能量模块，其连接至电池冷却管线和冷却管线中的每一个，该集中能量模块将在其中循环的制冷剂在进行冷凝和蒸发时所产生的热能与冷却剂的热量进行交换，并且将交换热量的低温或高温冷却剂供应至所述制热、通风和空调模块；

其中，所述集中能量模块还设置有辅助冷凝器，该辅助冷凝器进一步冷凝制冷剂，使得制冷剂的冷凝量配置为增加；

所述集中能量模块包括：

冷凝器，其设置在经由第二阀和第三阀而彼此连接的冷却管线上，所述第二阀设置在散热器与电池模块之间的冷却管线上，所述第三阀设置在电气部件与第一阀之间的冷却管线上；

辅助冷凝器和膨胀阀，所述辅助冷凝器经由制冷剂管线连接至冷凝器，所述膨胀阀经由制冷剂管线连接至辅助冷凝器；

蒸发器，其经由制冷剂管线连接至膨胀阀，并且设置在电池模块与第一阀之间的电池冷却管线上；

压缩机，其设置在蒸发器与冷凝器之间的制冷剂管线上；

经由第一阀而将蒸发器与电池模块彼此连接的第一分支管线设置在电池冷却管线上；

第二连接管线经由第四阀而连接至电池冷却管线，所述第四阀在经由第一分支管线而彼此连接的蒸发器与电池模块之间；

经由第五阀而连接至散热器与第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线设置在连接于电气部件与散热器之间的冷却管线上。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

所述第一阀配置为在散热器与蒸发器之间将连接至电气部件的冷却管线与电池冷却管线彼此连接；

第一连接管线配置为经由第二阀和第三阀将冷却管线与内部加热器彼此选择性地连接。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

连接至第二分支管线的储液罐安装在散热器与第一水泵之间。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的制冷模式中对电气部件进行冷却的情况下，

第一分支管线配置为经由第一阀的操作而导通，并且第二连接管线配置为在经由第四阀的操作而连接至电池模块的电池冷却管线关断的状态下导通；

经由第二阀和第三阀的操作，第一连接管线配置为关断，并且将电气部件与冷凝器彼此连接的冷却管线配置为导通；

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置为经由第一阀、第二阀和第三阀的操作而关断；

电气部件与散热器彼此连接的冷却管线配置为在第二分支管线配置为经由第五阀的操作而关断的状态下导通；

所述制冷剂在集中能量模块中循环。

5.根据权利要求4所述的用于车辆的热泵系统，其中，

所述辅助冷凝器配置为风冷式，并且进一步配置为经由与外部空气的热交换使与冷凝器中的冷却剂进行热交换而冷凝的制冷剂冷凝，使得制冷剂的冷凝量配置为增加，

在车辆的制冷模式中，所述蒸发器在沿着电池冷却管线循环的冷却剂与在蒸发器中蒸发的低温制冷剂之间交换热量，并且将低温冷却剂供应至冷却器。

6.根据权利要求4所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的制冷模式中将电池模块与电气部件一起冷却的情况下，连接至电池模块的电池冷却管线配置为经由第四阀的操作而导通。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的制热模式中回收电池模块和电气部件的废热的情况下，

第一分支管线配置为经由第一阀的操作而关断，第二连接管线配置为在与电池模块连接的电池冷却管线经由第四阀的操作而导通的状态下关断；

将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线配置为经由第二阀和第三阀的操作而导通；

冷却管线经由第一阀、第二阀和第三阀的操作而连接至电池冷却管线；

将电气部件和散热器彼此连接的冷却管线配置为在第二分支管线经由第五阀的操作而导通的状态下关断；

制冷剂在集中能量模块中循环。

8.根据权利要求7所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在电气部件和电池模块中产生的废热使沿着冷却管线和电池冷却管线循环的冷却剂的温度升高，并且温度升高的冷却剂使得从蒸发器排出的制冷剂的温度升高。

9.根据权利要求7所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的制热模式仅从电池模块回收废热的情况下，

第一分支管线配置为经由第一阀的操作而导通；

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置为经由第一阀、第二阀和第三阀的操作而关断。

10.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的制热和除湿模式中，

第一分支管线配置为经由第一阀的操作而导通，而第二连接管线配置为在连接至电池模块的电池冷却管线经由第四阀的操作而关断的状态下导通；

将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线配置为经由第二阀和第三阀的操作而导通；

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置为在第一水泵的操作停止的状态下经由第一阀，第二阀和第三阀的操作而关断；

制冷剂在集中能量模块中循环。

11.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中

冷凝器和蒸发器由水冷式热交换器形成，冷却剂经由冷却管线和电池冷却管线而被引入到冷凝器和蒸发器中。

12.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

冷凝器包括接收器干燥器，并且制冷剂加热器设置在压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线上。

13.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

蓄能器和制冷剂加热器中的每一个设置在压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线上。

14.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

加热器设置在电池模块与蒸发器之间的电池冷却管线上；

所述加热器配置为选择性地接通，以加热沿着电池冷却管线循环的冷却剂，并且该加热器配置为将加热的冷却剂引入到电池模块中。

15.根据权利要求14所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在升高电池模块的温度的情况下，

集中能量模块中的制冷剂的循环配置为停止；

经由第一阀的操作，第一分支管线连接至电池冷却管线，并且电池冷却管线与冷却管线之间的连接关断。

16.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

第二水泵设置在电池冷却管线上；

第三水泵设置在第一连接管线上。

17.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在集中能量模块中循环的制冷剂为R152-a或R744制冷剂。

18.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

所述电气部件包括：电机、电力控制单元和车载充电器；

所述电机和电力控制单元在被驱动时产生热量，所述车载充电器在对电池模块充电的情况下产生热量。

Images